【摘 要】
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转子系统的动力学特性决定着旋转机械的工作性能和结构安全,振动会加剧转子系统的轴承以及轴颈的磨损,显著影响转子系统部件的工作性能,更严重的会导致转子系统失效。所以研究声学超结构转子的动力学特性以及弹性波传播特性有助于转子减振及振动控制,对认识振动的传播过程更是具有十分重要的意义。为设计声学超结构转子,本论文综述了国内外声学超材料结构的研究现状,从研究对象、研究内容以及研究方法等处入手,进行了相关内容
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转子系统的动力学特性决定着旋转机械的工作性能和结构安全,振动会加剧转子系统的轴承以及轴颈的磨损,显著影响转子系统部件的工作性能,更严重的会导致转子系统失效。所以研究声学超结构转子的动力学特性以及弹性波传播特性有助于转子减振及振动控制,对认识振动的传播过程更是具有十分重要的意义。为设计声学超结构转子,本论文综述了国内外声学超材料结构的研究现状,从研究对象、研究内容以及研究方法等处入手,进行了相关内容的总结和梳理,归纳出相关研究方法。本论文分析了转子的结构振动控制、转子的弹性波传播以及声学超材料阻带控制,并利用弹性波经典波动理论,结合弹性波作用机理和传递条件,建立起声学超结构转子弹性波控制方程并进一步研究了使用周期性方式改变结构材料特性所引入的效应。和传统的运动方程做对比,推导声学超结构转子弹性波控制方程和传统运动方程的一致性,然后根据声学超结构转子弹性波控制方程以及周期性效应得到声学超结构转子截面变化形状进而建立声学超结构转子的三维模型,为后续声学超结构转子弹性波传递特性研究和转子动力学特性研究提供基础模型。结合三维有限元仿真计算,研究声学超结构转子弹性波传播机理,首先根据声学超结构转子截面变化规律进行三维建模。利用前处理软件做网格划分,最后将建好的声学超结构转子三维模型导入有限元分析软件做瞬态动力学分析,得出位移时间历程和加速度时间历程图。利用时频分析工具进行短时傅里叶变换分析,以得到声学超结构转子的通带和阻带特性,并将其作为声学超结构转子动力学仿真的模型。基于三维实体单元研究了声学超结构转子的动力学特性,首先不考虑旋转产生的陀螺力矩效应,对比了通过两种不同三维有限元软件的固有频率计算结果,验证其结果准确性。使用能够考虑陀螺力矩效应的三维有限元软件对设计的两种声学超结构转子进行转子动力学特性分析,分别计算了其临界转速、不平衡响应以及稳定性。最后,通过搭建声学超结构转子试验台对有限元分析所得到两种超结构转子的固有频率做进一步的验证,证明超结构转子动力学建模的准确性。
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